一種面向可適應(yīng)性的嵌入式設(shè)備HCI方案

嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心、軟硬件可剪裁的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其工程實(shí)踐正逐漸地引起研究人員的關(guān)注，在實(shí)際工程中有諸多因素需要考慮，比如微處理器的功耗，器件的可靠性，設(shè)備的抗惡劣環(huán)境能力，人機(jī)交互界面(HCI)，現(xiàn)場通信等等問題。其中HCI是嵌入式系統(tǒng)工程中的一個重要課題。由于某些嵌入式系統(tǒng)研發(fā)的復(fù)雜性和工程實(shí)施中的不確定性，導(dǎo)致嵌入式系統(tǒng)HCI有僵化的趨勢，對此提出一種可適應(yīng)性的解決思路是必要的。

1 嵌入式工程的HCI
圖形用戶界面是當(dāng)前用戶界面的主流。HCI是決定嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是否友好的一個重要因素。嵌入式系統(tǒng)人機(jī)交互功能主要靠輸入輸出的設(shè)備與相應(yīng)的軟件協(xié)同來實(shí)現(xiàn)。可供人機(jī)交互使用的設(shè)備主要有鍵盤、顯示以及各種模式識別設(shè)備等。嵌入式系統(tǒng)的人機(jī)交互因其特殊性而與PC有所區(qū)別，多數(shù)的嵌入式系統(tǒng)都是顯示屏幕與鍵盤，或者帶觸摸屏定位的設(shè)備組成。對用戶而言，需要用按鍵或觸摸屏的動作告知系統(tǒng)如何按照人的意圖去輸出，絕大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)都有個HCI系統(tǒng)供用戶使用。問題是在工程中交互設(shè)計(jì)時，設(shè)計(jì)者往往會把交互界面和系統(tǒng)的資源聯(lián)系起來，使得界面的設(shè)計(jì)不獨(dú)立于系統(tǒng)資源。軟件設(shè)計(jì)勢必在很大程度上受限于硬件資源。實(shí)踐中，通常的做法是根據(jù)現(xiàn)有的硬件條件臨時組織一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，把一系列字符串值“串”起來，之間可以實(shí)現(xiàn)相互跳轉(zhuǎn)。一個交互節(jié)點(diǎn)的快照描述一般需要幾部分組成：1)狀態(tài)枚舉量；2)顯示常量狀態(tài)值；3)前趨狀態(tài)；4)后繼狀態(tài)。還可能需要包含節(jié)點(diǎn)Id標(biāo)識等其他的輔助信息。顯然，這是用一種靜態(tài)的方法來生成一個菜單對象，代碼易讀性強(qiáng)，但各個部分相互依賴，編碼和調(diào)試比較繁瑣，需要設(shè)計(jì)者對各部分都十分清楚。最大的問題是可擴(kuò)展性受限，對后續(xù)規(guī)模的增加造成一定的影響。工程實(shí)踐中，用戶的需求及隱含需求往往是復(fù)雜和不確定的。
本文的研究目的是建立一套能夠適應(yīng)應(yīng)用復(fù)雜性和不確定性的實(shí)現(xiàn)方案，為后續(xù)嵌入式系統(tǒng)開發(fā)提供一個工程性的解決思路。

2 可適應(yīng)的嵌入式HCI
可適應(yīng)的HCI是指可根據(jù)系統(tǒng)的計(jì)算環(huán)境或應(yīng)用情境進(jìn)行伴隨調(diào)節(jié)的界面。可以進(jìn)一步區(qū)分為被動性適應(yīng)和主動性適應(yīng)(或自適應(yīng))。
可適應(yīng)性HCI在嵌入式系統(tǒng)開發(fā)中有著越來越迫切的要求。通常該需求來源于2個方面，一個是用戶需求的變更；另一個是系統(tǒng)執(zhí)行中的應(yīng)用環(huán)境變化。由這2種因素出發(fā)，依據(jù)可適應(yīng)性的行為模式，嵌入式HCI的可適應(yīng)性從以下2個方面展開研究：
所謂靜態(tài)可適應(yīng)性是指與系統(tǒng)靜態(tài)配置相關(guān)的可適應(yīng)性，通常適應(yīng)行為發(fā)生在2次系統(tǒng)啟動之間。這種適應(yīng)的需求通常是外來的，比如用戶需求的修改，設(shè)計(jì)方案的變化。在工程中，常常出現(xiàn)迭代式的適應(yīng)性修改，所以靜態(tài)可適應(yīng)性也是一個很有現(xiàn)實(shí)意義的需求。這種可適應(yīng)性的實(shí)現(xiàn)必須借助非易失性存儲器來進(jìn)行，用來存儲變化后的定義及配置參數(shù)，使得順利完成適應(yīng)行為。
動態(tài)可適應(yīng)性是指在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，可以依據(jù)環(huán)境的變化進(jìn)行在線自適應(yīng)修改，即普適環(huán)境下的修改。通常普適設(shè)備在使用環(huán)境中遷移，引起了環(huán)境參數(shù)的強(qiáng)制性變化，系統(tǒng)的HCI與環(huán)境就會產(chǎn)生矛盾，因此普適策略下的自適應(yīng)調(diào)整是很有必要的。依據(jù)收集到的系統(tǒng)狀態(tài)信息，判斷是否HCI與系統(tǒng)配置同步，依靠算法實(shí)時糾正系統(tǒng)配置來實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)。普適環(huán)境下的自適應(yīng)特點(diǎn)在于動態(tài)性，只有在出現(xiàn)矛盾的時候才做普適調(diào)整，在設(shè)計(jì)中必須對匹配性進(jìn)行考慮。

3 基于多重鏈表的嵌入式HCI
3．1 模型建立
多重鏈表在組織順序型結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)時具有較快的搜索速度，下面給出一個基于多重鏈表的模型，每個節(jié)點(diǎn)扇出為4，分別指向上層節(jié)點(diǎn)、下層節(jié)點(diǎn)及左、右的鄰居節(jié)點(diǎn)，扇入不限。每個節(jié)點(diǎn)與相鄰的節(jié)點(diǎn)之間都有雙向連接，并且每個節(jié)點(diǎn)均可帶子節(jié)點(diǎn)進(jìn)行擴(kuò)展。
模型從功能上講是個層次結(jié)構(gòu)，從數(shù)據(jù)模型上看是網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，允許有一個以上的節(jié)點(diǎn)無雙親，并且一個節(jié)點(diǎn)可以有多于一個的雙親。每層節(jié)點(diǎn)的數(shù)目不固定，可視實(shí)際情況而變化。每層都是一個閉環(huán)的雙向回路，可進(jìn)行水平雙向遍歷。層與層之間由父節(jié)點(diǎn)與長子節(jié)點(diǎn)雙向連接。父層節(jié)點(diǎn)對子層節(jié)點(diǎn)是一對一聯(lián)系，由父節(jié)點(diǎn)進(jìn)入子層時在長子節(jié)點(diǎn)駐足；子層節(jié)點(diǎn)對父節(jié)點(diǎn)是多對一聯(lián)系，意味著由每個子節(jié)點(diǎn)都可回溯至父節(jié)點(diǎn)。由父層切換至子層的每次遍歷必須經(jīng)過長子節(jié)點(diǎn)，然后可由長子節(jié)點(diǎn)依次進(jìn)行水平循環(huán)遍歷，子層切換至父層則比較靈活，每個子節(jié)點(diǎn)均可到達(dá)其父節(jié)點(diǎn)。
3．2 方案實(shí)現(xiàn)
3．2．1 內(nèi)存結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
節(jié)點(diǎn)應(yīng)該具備4個域，除了標(biāo)示身份外還至少應(yīng)該具備指向上層父節(jié)點(diǎn)的指針域、指向下層子節(jié)點(diǎn)的指針域以及指向同層左、右兄弟的指針域。
圖1是一個簡單的HCI結(jié)構(gòu)圖，從功能上看，它分為5層，第一層有5個節(jié)點(diǎn)項(xiàng)形成一個閉環(huán)，第二層閉環(huán)是第一層第一個節(jié)點(diǎn)的子節(jié)點(diǎn)組，該子節(jié)點(diǎn)組的第二項(xiàng)又有子節(jié)點(diǎn)組。如此下去共有5層，處在最高位置的節(jié)點(diǎn)其父指針為空，最低位置的節(jié)點(diǎn)的兒子指針為空。